煤矿机械磨损失效分析方法和抗磨措施

摘要：煤矿产业推动了我国工业、航天业、制造业的快速发展，产业发展中需要大规模使用煤炭资源。因此，工作人员应当不断提高煤炭的开采质量和开采效率，重视煤矿机械技术的创新，可全面提高煤矿机械的应用效率。但是，煤矿机械大多处于恶劣的生产环境，并且还会受到设备磨损、设备故障等因素的影响，致使生产出现严重的磨损失效问题。为了降低磨损失效对煤矿机械设备应用的影响，要制定符合标准的抗磨措施，提高煤矿机械设备的功能性。基于此，本文就煤矿机械磨损失效分析方法和抗磨措施进行了分析。

关键词：煤矿机械  磨损失效  抗磨措施  磨损屑末分析法  煤矿生产工艺  设备故障

煤矿机械使用与煤矿开采质量息息相关，高性能、高标准的机械设备可提高煤矿产业的综合效率，对我国社会经济的发展也提供了一定支持。为了进一步提升煤矿机械设备的应用质量，需要工作人员结合科学技术创新要点、产业结构改革方向进行总结，积极融入智能化、自动化的开采技术，可降低矿井下机械设备磨损的不利因素的影响。另外，明确磨损失效的原因，再从不同的角度确立科学的抗磨措施，可推动我国煤炭经济的发展。

1 造成煤矿机械设备磨损失效原因

1.1 礦区环境恶劣

煤矿作业（综采、初加工）均在井下完成，但井下空间相对复杂，并且还会受到矿井稳定性、承载力的影响，若矿区有灰尘、煤屑附着在机械设备表面、轴承等元件，会激发轴承和重要机械设备的磨损概率，造成机械运行失效的情况。在此过程中，煤矿机械井下作业还会受到地下水的侵蚀，致使局部零件出现老化、损坏的问题，这也是造成机械磨损的重要因素[1]。另外，煤矿机械长期运行也会使设备运行过度，降低了设备的使用寿命，而设备的老化、损坏也增加了后期煤矿机械的维修成本，极其不利于煤矿产业的发展。

1.2 煤矿机械设备工作强度大

煤矿机械大多处于24h的运行状态，设备长期高工作强度作业不仅会降低整体煤矿的开采量，还会造成设备磨损失效、轴承运行异常的问题。在此过程中，若煤矿机械始终处于超负荷的状态时，会导致重要的机械系统出现损伤，不利于产业的快速发展，也降低了煤矿产业的稳定发展。

1.3 煤矿机械设备维护困难

煤矿机械设备维护可在极大程度上保证机械设备的正常运行，但部分机械设备处于较为复杂的环境当中，特别是我国部分维修技术还不完善，可能会影响设备的正常运转。若设备长期处于停机状态时，会降低煤炭的开采量。因此，工作人员应当充分认知煤矿机械设备的维护要点，在降低磨损损失的基础上建立科学的管理要点，提高设备的抗磨效果[2]。

2 煤矿机械磨损失效分析方法

2.1 资料分析

利用智能化、自动化技术分析煤矿机械设备的运行状态，在评估、统计、分析、监控期间明确煤矿机械的设备的运行环境和运行状态，可进一步提高煤矿机械设备运行效率。因此，工作人员应当评估重要煤矿机械设备的运行状态、型号参数、工作原理、说明书等要求，再从机械设备工作原理出发，探讨影响核心部件的结构特征、材料性能、机械设备受力状态、装置运行时长、矿井环境等因素，在必要的总结、筛查期间标识潜在的问题，可明确影响煤矿机械设备的因素。另外，在问题筛查期间，工作人员应当类比轴承、采掘系统、运输系统、支护系统、掘进系统、通风装置、探查装置的资料参数，建立起必要的维护、保养措施，以便在留存资料的基础上消除综采期间的安全隐患问题[3]。

2.2 宏观及微观分析

本文利用宏观分析和微观分析2种分析思路探查煤矿装置的运行状态，可降低煤矿机械设备磨损的概率。首先，宏观分析主要针对装置的外观、尺寸、型号、磨损数据等要点，在对比不同时期正常运行和失效状态的基础上评估装置的尺寸、磨损及凹凸情况，以此得到相应的磨损失效原因。其次，微观分析是深入宏观分析法所得到的资料数据，在信息化技术的支持下明确零件设备的运行状态和磨损情况，经过必要的提取、整合操作，结合实验室装置发现不同机械设备的功能性，以此评估出设备的裂痕、老化情况，这也对磨损失效分析提供了有利的数据。

2.3 磨损屑末分析法

磨损屑末分析法的分析重点是利用重要机械装置运行、磨损期间得到的碎屑、磨屑进行分析，结合装置的运行环境、受力因素、磨损现状、施工条件进行监控，再通过数据库对比磨屑的形状和大小，以此预测出煤矿机械设备物理作用失效的问题。但是，该方法也会受到磨屑质量、体积等因素的限制，所以工作人员需要结合磨屑产生标准进行评估。

2.4 表层和亚表层分析法

当煤矿机械出现磨损问题时，可利用表层和亚表层分析法进行评估，原因是已出现磨损的零件表面必定会出现一定变化。第一，表层金属的结构传改变，如变硬、变厚等问题时，会导致零件表层组织使用出现一定差异问题，影响了煤矿机械装置的功能性。第二，若金属出现超细结晶情况时，会导致金属的物理性质出现改变，特别是在设备摩擦过程中会有大量的热能出现，金热导致物质本体结构与标准产生出入，激发案磨损失效问题。第三，煤矿机械亚表面磨损时，其运动轨迹、运动状态也会出现一定变化。例如，金属材料的温度与机械装置的硬度变化有直接的关系，故此时机械设备的硬度会明显降低[4]。因此，工作人员应当建立系统的管理体系及管理标准，在分析金属层变化因素、差异因素的过程中得到装置的实际磨损情况，可进一步推断出金属亚表层的功能性，以此评估装置是否存在磨损问题。同时，应当确定磨损的问题的检查顺序及检查要点，结合信息化技术宏观考察机械设备的功能性，再结合裂纹的特点、位置评估机械磨损失效原因，可为不同部件的磨损问题提供必要的数据支持。

3 基于煤矿机械磨损问题的抗磨措施

3.1 完善煤矿机械设计计划

煤矿装置开采、运输、巷道掘进、支护作业过程中，工作人员应当确定不同机械设备的使用要求及使用要点，结合煤矿机械设备磨损失效问题进行总结，建立可靠的干预体系，消除磨损对设备功能的不利影响。另外，工作人员需要重视对煤矿机械设备结构、使用要求进行优化，探讨实际作业的环境、生态、降水因素，确定合理的管理方案，确保灭狂机械始终在既定的运行状态中工作。同时，工作人员应当利用智能化技术进行远程监控，积极探讨露天煤矿机械、井下采煤采矿机械的运行要点，以期提高煤矿的开采量。

3.2 了解煤矿机械的磨损规律

煤矿机械运行期间，工作人员要根据不同机械设备的使用、操作、工作原理确定抗磨处理思路，尤其是要发掘磨损的基本规律、位置及运行特征，通过建立系统、科学的煤矿开采方针，了解各组件提高煤矿的开采效率。在此过程中，工作人员要分析出跑合、稳定、急剧3个阶段的处理重点。跑合阶段零件磨损处理的重心是解决零件表面不平整的问题，通过平整零件的表面，保证零件表面的光滑性和平整度。稳定阶段零件磨损处理的重心是对机械的摩擦面进行平整处理，并且摩擦面已发生一定硬化现象，故此，要在建立稳定的运行体系，通过优化液体摩擦状态，控制磨损问题。最后，急剧阶段已经初步改善了摩擦条件，此时要注意在关键区域使用润滑油，提高机械设备的功能性，降低故障的发生概率。

3.3 制订磨损部件的处理计划

根据机械设备的运行状况，制定在磨损部件的处理工艺，即要提高综采的质量，分析出煤矿作业高强度、高磨损的工作特性，再对易损部件进行专业的处理，其中要重点提高采煤机滚筒、截齿、掘进机炮头、截齿实施合金钢堆焊，刮板机、转载机槽实施耐磨材料板的功能性，在破碎机下方安装抗打击的厚钢板材料，并使用具有耐磨功能的钢丝绳、液管、支架立柱进行包套处理，以期提高装置的耐磨功能。例如，可利用刮板机耐磨板焊接技术处理部槽装置，可提升装置的使用寿命和使用功能。通过提高部槽的核心质量，可降低主体装置的维修成本（降低50%的支出成本）。完成部件功能的加固后，工作人员应当确定磨损部件的优化思路，在改善刮板机槽的功能性的基础上建立维修计划，也能提高滚筒、截齿、掘进机炮头等装置的稳定性。

3.4 优化生产材料选择

重视煤矿机械设备材料的选择技术，明确不同机械装置的材料功能、材料型号等指标，期间要重点评估装置的坚韧性和抗磨性就水平，可提高煤矿机械设备恩的功能性。另外，工作人员应当清晰地认识到自己的责任与义务，重视供应商资质、水平的分析，同时要评估材料的使用效果、使用优势和经济性因素，例如，可利用高性能的低碳锰钢材料，原因是该材料的主要原料是化学性质稳定的锰矿石，所以利用低碳锰钢材料可进一步提高装置的抗磨水平，以期为煤炭的开采提供有效的技术保障，提高煤矿产业的经济效益。

3.5 重视煤矿机械设备的维护

重视煤矿机械设备的维护与管理，探讨与煤矿机械设备相关抗磨要点，同时利用自动化技术分析井下作业特点、环境、煤矿层的厚度指标、机械设备质量等因素，提高采购的合理性。在此过程中，工作人员应当在不同区域使用一定的监控装置，以此评估设备的磨损的主要原因，也能完善设备采购、设备使用、设备管理、设备维修等环节。此外，在装置日常运行维护中，工作人员也需要录入关联性的记录指标，在风险控制支持下进行对比分析，保证井下作业的安全性，具体而言，还需注意以下要点。第一，提高机械设备的加工、装配质量，采用有效的对比方案评估零件加工、零件使用的关系，再结合设备的理论、标准状态的差异因素确定装置的使用计划，可进一步控制摩擦损害对装置的影响。同时，要确保机械设备安装的科学性和合理性，尤其是探讨不同元器件、零件的运行状态，并在固有的配合空间中进行模拟环分析，以便在研发新型机械材料、操作工艺、设计工艺的过程中确定金属、非金属的耐磨材料的使用情况[5]。第二，建立液体摩擦状态指标，分析液体摩擦对装置功能性的影响，并在关键的位置予以应用，达到降低机械磨损的目的。在此过程中，液体摩擦建立期间要充分考虑液体的流速、液压和存储空间，同时测试轴径的旋转速度及轴承的运行状态，确保轴承、轴径的加工要求和加工技术符合应用需求，并分析承载区域油槽、注油孔的功能性，在建立持续性分析模式的基础上评估润滑油的使用要点。第三，润滑油使用过程中，工作人员应当选用高性能的液体润滑油进行保养管理，以便进一步降低设备的机械磨损问题。通过建立设备的维护、使用、保养要求，利用信息化技术进行煤矿机械设备运行状态的测试，并选择低粘度的润滑油，注意机械设备的载荷和运行状态，提高装置的使用寿命。若装置的载荷、运行速度达到应用标准时，并且矿井外的温度相对较好，可选择高粘度润滑油进行控制。

3.6 创新煤矿生产工艺

对现有的煤矿生产工艺进行创新，期间要运用运行稳定、磨损程度较小的生产工艺和生产技术，总结重要零件使用要求、管理要求，再结合必要的优化进行调整与控制，应当重点监控零件的冶炼、锻造、冷却、操作等环节，在强化生产管理的过程中人提高零件的品质质量，可在技术创新的过程中提高机械设备的抗磨效果及抗磨功能。例如，可利用二维码技术进行云检修、云维护和云监控，通过确定“设备二维码”的处理框架，改善云检修系统的核心功能，再依靠台账信息、设备主数据库的功能进行拓展，利用ERP系统生成数据库及二维码，将各类机械设备的基础信息录入至主系统当中，以期实践系统信息的存储、打印需求，此时工作人员可利用APP扫描二维码得到相关基础数据，提升后期设备的检修质量。二维码信息录入中，工作人员应当规范设备编号、设备名称、设备型号、分类、制造商、成本中心、使用单位、设备状态的处理计划，通过建立完整的标准检修、管理、抗磨处理计划，分析出图纸信息、检修方法、故障类型和故障日期，侧重提高装置的功能性、稳定性和安全性，在提高煤矿机械设备质量的基础上，降低或避免机械磨损失效情况出现，也能在APP端口中呈现出不同装置的维修、配件记录和处理重心，实现信息化抗磨处理的目标[6]。

4 结语

综上所述，煤矿机械磨损损失问题极其严重，需要工作人员结合煤矿企业的环境、生态、技术投入要点进行测试，在必要的维护和故障诊断过程中建立系统的抗磨处理措施，提高煤矿机械设备的功能。另外，工作人员应当创新技术的应用要点及应用方法，探讨信息化技术在煤矿磨损优化的应用，以期降低煤矿机的运行隐患问题。

参考文献

[1] 周明明.煤矿机械设备的运行维护和故障诊断技术[J].能源与节能，2021（6）：112-113.

[2] 張丽红.矿井机械设备磨损问题及对策[J].矿业装备，2020（5）：88-89.

[3] 李挺.煤矿机械设备磨损问题及解决方案探究[J].石化技术，2020，27（1）：228，234.

[4] Wang We，Shen Gang，Zhang Yimin，Zhu Zhencai，Li Changyou，Lu Hao. Dynamic reliability analysis of mechanical system with wear and vibration failure modes[J]. Mechanism and Machine Theory，2021，163.

[5] 曹公界.煤矿机械齿轮和轴承故障诊断研究[D].淮南：安徽理工大学，2020.

[6]韩洋.煤矿机械齿轮传动系统寿命评价体系研究[D].太原：太原理工大学，2018.

作者简介：周伟光（1991—），男，硕士，高级工程师，研究方向为露天矿设计。